半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计

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1、半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计蒋红旗，李顺才1中国矿业大学深部岩土国家重点实验室徐州2210082徐州师范大学机电工程学院徐州221116摘要：车架是半挂汽车结构件中结构和载荷都很复杂的关键部件，为提高车架整体性能，对某型半挂汽车车架进行了有限元模态分析和基于频率、刚度和强度约束的优化设计，降低了车架结构自重，提高了车架的低阶频率，改善了动态性能，为车架的设计和改造提供了理论依据。关键词：半挂汽车；车架；有限元；模态分析；优化设计中图分类号：TH218文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)05—0027—04Abstract：Fram

2、eisacomplexkeypartinaspectsofstructureandloadinstructuralmembersofsemi—trailer．Inordertoimprovethewholeperformanceoftheflame，finiteelementmodalanalysisandoptimizationdesignbasedonfrequency，rigidityandstrengthconstraintsaremadeontheframeofcertaintypeofsemi—trailer，whichdecreasesthe

3、self-weightof、framestructure，increasesthelow—orderfrequency，improvesthedynamicperformanceandprovidestheoreticalbasisforde—signandimprovementtotheflame．Keywords：semi—trailer；frame；finiteelement；modalanalysis；optimizationdesign的弹性模量E=206GPa，泊松比=0．29，密度0引言P=7．85kg／cm，钢板弹簧的垂直刚度系数取115目

4、前，各种专用车辆普遍存在自重大、重心N／ram。最终形成的有限元模型中共661个单元，高的缺点。据统计，多数专用汽车的车身质量约942个节点。如图1所示。占整车质量的40％～60％，大大降低了车辆的承载能力，严重影响车辆的稳定性和安全性。车架是半挂汽车结构件中结构和载荷都很复杂的关键部件，其设计需在满足强度和刚度的条件下尽可能地减轻重量，进行必要的优化¨。同时，车架结构的动态特性也是影响车辆安全性能的关键因素之一，低阶模态特性基本决定了车架的动态性能J。因此在车架结构的优化过程中也需考虑频图1车架有限元模型率方面的约束。本文通过对半挂汽车车架的模态分析，进

5、行基于频率、刚度和强度约束的优化设2车架模态分析一计，为车架的设计和改造提供必要的理论依据。在结构动力学分析中，模态分析理论是基础，1车架有限元模型主要用于计算模型固有模态的2个基本参数：固有频率和模态振型。它们表明了系统自由振动的本文的研究对象XZ9133型半挂汽车是一种大特性，对于给定的系统，系统振型向量的比值与吨位的运输车，车架主要由2根主纵梁、19根穿固有频率都取决于系统物理参数。知道结构的固横梁、2根前后横梁、2根边梁及支架等焊接而有频率，便可以在设计与改进时做到使结构的固成。根据其结构特点，选择beam188梁单元并通有频率避开其在使用过程中的

6、外部激振频率。另过定义截面形状和偏置距离模拟主纵梁及横梁和外，通过对模态振型的分析，还可以了解吊臂整边梁，选择compinl4单元模拟板弹簧。车架材料《起重运输机械》2011(5)一27—体弯曲刚度和扭转刚度的分布情况。颈部位产生较大的交变应力，易诱发产生疲劳裂不论何种阻尼情况，机械结构上各点对外力纹和断裂现象。路面激励频率与车速、道路等级、的响应都可以表示成由固有频率、阻尼比和振型轮胎等诸多因素有关，我国国家标准GB／T703l一等模态参数组成的各阶振型模态的叠加。模态分2005《机械振动道路谱测量数据报告》规定了我析的核心内容是确定描述结构系统动态特性

7、的模国路面的空间频率n为0．011～2．83m～，时间频态参数。根据D．Alembert原理，引入相应的惯性率与空间频率之间的关系f=n，由此可估算出路力，将弹性体的动力问题简化为相应的静力问题，面激励频率，因此，在车速小于90km／h时，该其动力有限元的基本方程为型车架的低阶固有振型均在路面激励频率范围内，MX”+CX+KX=F(t)对汽车在高低不平道路上的行驶极为不利。3车架优化设计3．1优化设计数学模型·]一般工程优化问题可用数学形式表示为MinF()=(PCl，PC2，⋯，PC)FindX=(1，2，⋯，PC，v)∈Rfh(pc)=h(1，2，⋯，

8、PCⅣ)=0【g()=(l，2，⋯，Ⅳ)≤0i=1，2，⋯，P=1